Allocation de mémoire dynamique



Entrons maintenant dans le vif du sujet. Je vous rappelle notre objectif : apprendre à demander de la mémoire manuellement.

On va avoir besoin d'inclure la bibliothèque <stdlib.h>. Si vous avez suivi mes conseils, vous devriez avoir inclus cette bibliothèque dans tous vos programmes, de toute façon. Cette bibliothèque contient deux fonctions dont nous allons avoir besoin :

  • malloc (« Memory ALLOCation », c'est-à-dire « Allocation de mémoire ») : demande au système d'exploitation la permission d'utiliser de la mémoire ;
  • free (« Libérer ») : permet d'indiquer à l'OS que l'on n'a plus besoin de la mémoire qu'on avait demandée. La place en mémoire est libérée, un autre programme peut maintenant s'en servir au besoin.


Quand vous faites une allocation manuelle de mémoire, vous devez toujours suivre ces trois étapes :

  1. appeler malloc pour demander de la mémoire ;
  2. vérifier la valeur retournée par malloc pour savoir si l'OS a bien réussi à allouer la mémoire ;
  3. une fois qu'on a fini d'utiliser la mémoire, on doit la libérer avec free. Si on ne le fait pas, on s'expose à des fuites de mémoire, c'est-à-dire que votre programme risque au final de prendre beaucoup de mémoire alors qu'il n'a en réalité plus besoin de tout cet espace.


Ces trois étapes vous rappellent-elles le chapitre sur les fichiers ? Elles devraient ! Le principe est exactement le même qu'avec les fichiers : on alloue, on vérifie si l'allocation a marché, on utilise la mémoire, puis on la libère quand on a fini de l'utiliser.

malloc : demande d'allocation de mémoire


Le prototype de la fonction malloc est assez comique, vous allez voir :

void* malloc(size_t nombreOctetsNecessaires);


La fonction prend un paramètre : le nombre d'octets à réserver. Ainsi, il suffira d'écrire sizeof(int) dans ce paramètre pour réserver suffisamment d'espace pour stocker un int.

Mais c'est surtout ce que la fonction renvoie qui est curieux : elle renvoie un… void* ! Si vous vous souvenez du chapitre sur les fonctions, je vous avais dit que void signifiait « vide » et qu'on utilisait ce type pour indiquer que la fonction ne retournait aucune valeur.

Alors ici, on aurait une fonction qui retourne un… « pointeur sur vide » ? En voilà une bien bonne !


Ces programmeurs ont décidément un sens de l'humour très développé.

Rassurez-vous, il y a une raison. En fait, cette fonction renvoie un pointeur indiquant l'adresse que l'OS a réservée pour votre variable. Si l'OS a trouvé de la place pour vous à l'adresse 1600, la fonction renvoie donc un pointeur contenant l'adresse 1600.

Le problème, c'est que la fonction malloc ne sait pas quel type de variable vous cherchez à créer. En effet, vous ne lui donnez qu'un paramètre : le nombre d'octets en mémoire dont vous avez besoin. Si vous demandez 4 octets, ça pourrait aussi bien être un int qu'un long par exemple !

Comme malloc ne sait pas quel type elle doit retourner, elle renvoie le type void*. Ce sera un pointeur sur n'importe quel type. On peut dire que c'est un pointeur universel.

Passons à la pratique.


Si je veux m'amuser (hum !) à créer manuellement une variable de type int en mémoire, je devrais indiquer à malloc que j'ai besoin de sizeof(int) octets en mémoire.


Je récupère le résultat du malloc dans un pointeur sur int.

int* memoireAllouee = NULL; // On crée un pointeur sur int


memoireAllouee = malloc(sizeof(int)); // La fonction malloc inscrit dans notre pointeur l'adresse qui a été reservée.


À la fin de ce code, memoireAllouee est un pointeur contenant une adresse qui vous a été réservée par l'OS, par exemple l'adresse 1600 pour reprendre mes schémas précédents.

Tester le pointeur


La fonction malloc a donc renvoyé dans notre pointeur memoireAllouee l'adresse qui a été réservée pour vous en mémoire. Deux possibilités :

  • si l'allocation a marché, notre pointeur contient une adresse ;
  • si l'allocation a échoué, notre pointeur contient l'adresse NULL.


Il est peu probable qu'une allocation échoue, mais cela peut arriver. Imaginez que vous demandiez à utiliser 34 Go de mémoire vive, il y a très peu de chances que l'OS vous réponde favorablement.

Il est néanmoins recommandé de toujours tester si l'allocation a marché. On va faire ceci : si l'allocation a échoué, c'est qu'il n'y avait plus de mémoire de libre (c'est un cas critique). Dans un tel cas, le mieux est d'arrêter immédiatement le programme parce que, de toute manière, il ne pourra pas continuer convenablement.

On va utiliser une fonction standard qu'on n'avait pas encore vue jusqu'ici : exit(). Elle arrête immédiatement le programme. Elle prend un paramètre : la valeur que le programme doit retourner (cela correspond en fait au return du main()).

int main(int argc, char *argv[])

{

    int* memoireAllouee = NULL;


    memoireAllouee = malloc(sizeof(int));

    if (memoireAllouee == NULL) // Si l'allocation a échoué

    {

        exit(0); // On arrête immédiatement le programme

    }


    // On peut continuer le programme normalement sinon


    return 0;

}


Si le pointeur est différent de NULL, le programme peut continuer, sinon il faut afficher un message d'erreur ou même mettre fin au programme, parce qu'il ne pourra pas continuer correctement s'il n'y a plus de place en mémoire.

free : libérer de la mémoire


Tout comme on utilisait la fonction fclose pour fermer un fichier dont on n'avait plus besoin, on va utiliser la fonction free pour libérer la mémoire dont on ne se sert plus.

void free(void* pointeur);


La fonction free a juste besoin de l'adresse mémoire à libérer. On va donc lui envoyer notre pointeur, c'est-à-dire memoireAllouee dans notre exemple.
Voici le schéma complet et final, ressemblant à s'y méprendre à ce qu'on a vu dans le chapitre sur les fichiers :

int main(int argc, char *argv[])

{

    int* memoireAllouee = NULL;


    memoireAllouee = malloc(sizeof(int));

    if (memoireAllouee == NULL) // On vérifie si la mémoire a été allouée

    {

        exit(0); // Erreur : on arrête tout !

    }


    // On peut utiliser ici la mémoire

    free(memoireAllouee); // On n'a plus besoin de la mémoire, on la libère


    return 0;

}


Exemple concret d'utilisation


On va programmer quelque chose qu'on a appris à faire il y a longtemps : demander l'âge de l'utilisateur et le lui afficher. La seule différence avec ce qu'on faisait avant, c'est qu'ici la variable va être allouée manuellement (on dit aussi dynamiquement) plutôt qu'automatiquement comme auparavant. Alors oui, du coup, le code est un peu plus compliqué. Mais faites l'effort de bien le comprendre, c'est important :

int main(int argc, char *argv[])

{

    int* memoireAllouee = NULL;


    memoireAllouee = malloc(sizeof(int)); // Allocation de la mémoire

    if (memoireAllouee == NULL)

    {

        exit(0);

    }


    // Utilisation de la mémoire

    printf("Quel age avez-vous ? ");

    scanf("%d", memoireAllouee);

    printf("Vous avez %d ans\n", *memoireAllouee);


    free(memoireAllouee); // Libération de mémoire


    return 0;

}



Quel age avez-vous ? 31

Vous avez 31 ans


Attention : comme memoireAllouee est un pointeur, on ne l'utilise pas de la même manière qu'une vraie variable. Pour obtenir la valeur de la variable, il faut placer une étoile devant : *memoireAllouee (regardez le printf). Tandis que pour indiquer l'adresse, on a juste besoin d'écrire le nom du pointeur memoireAllouee (regardez le scanf).
Tout cela a été expliqué dans le chapitre sur les pointeurs. Toutefois, on met généralement du temps à s'y faire et il est probable que vous confondiez encore. Si c'est votre cas, vous devez relire le chapitre sur les pointeurs, qui est fondamental.


Revenons à notre code. On y a alloué dynamiquement une variable de type int.


Au final, ce qu'on a écrit revient exactement au même que d'utiliser la méthode « automatique » qu'on connaît bien maintenant :

int main(int argc, char *argv[])

{

    int maVariable = 0; // Allocation de la mémoire (automatique)

     

    // Utilisation de la mémoire

    printf("Quel age avez-vous ? ");

    scanf("%d", &maVariable);

    printf("Vous avez %d ans\n", maVariable);

       

    return 0;

} // Libération de la mémoire (automatique à la fin de la fonction)



Quel age avez-vous ? 31

Vous avez 31 ans


En résumé, il y a deux façons de créer une variable, c'est-à-dire d'allouer de la mémoire. Soit on le fait :

  • automatiquement : c'est la méthode que vous connaissez et qu'on a utilisée jusqu'ici ;
  • manuellement (dynamiquement) : c'est la méthode que je vous enseigne dans ce chapitre.


Je trouve la méthode dynamique compliquée et inutile !


Un peu plus compliquée… certes. Mais inutile, non ! Nous sommes parfois obligés d'allouer manuellement de la mémoire, comme nous allons le voir maintenant.

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